近年来，四川泡菜行业蓬勃发展，泡菜产量位居全国之首，各种各样的泡菜产品受到关注与青睐[1-3]。泡菜废水的差异随季节变化波动较大，且排放量大。泡菜废水里含有的有机物、氮、磷营养盐可造成水体富营养化，同时, 高含盐量的泡菜废水直接排入土壤会造成土壤严重的盐碱化[1-4]。泡菜废水直接排入水体不仅会对环境造成威胁，也导致大量盐分流失，造成资源的流失，因此，盐分的综合回收利用逐渐引起环境管理部门的重视[3]，而絮凝即是第一步，目的是去除废水中一部分有机物和浊度，为后续处理提供基础。
目前，食品废水的处理方法主要有生物法、吸附法、氧化法等，混凝法是常用方法之一[4-7]。絮凝处理主要是去除水体中的溶胶和悬浮体，包括无机物和有机物。从表观而言就是常用的浊度、色度、COD、BOD等指标，同时, 也能部分地去除一些溶解性的杂质[6-7]。选择合适的絮凝剂很关键，无机高分子混凝剂可以提高混凝效能，同时价格较低。常用的无机混凝剂有聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合氯化铝(PAC)、氯化铁、聚合硫酸铁(PFS)、碱式氯化铝等。聚合氯化铝(PAC)的特点是对设备的腐蚀性小，经它处理的废水色度较浅，但其沉降性能不如聚铁类絮凝剂[7, 8-11]，同时, 泡菜废水中含有的大量的氯离子对胶体的稳定性和絮凝体的成长都有影响，当水中的NaCl含量在500×10-6以上时，絮体的形成受到阻碍而变成微细絮体，生成的矾花较细小松散[11-14]。为了改善PAC的沉降功能，采用阴离子聚丙烯酰胺为助凝剂，它具有强大的网捕、架桥功能，从而加大矾花粒度、密度和结实性以达到增强絮凝的效果[7]。本文采用絮凝法对泡菜废水进行了絮凝试验，分别考察了絮凝剂的种类、助凝剂的种类、PAC与PAM的用量、PAM分子量、投加方式、pH值、温度、以及搅拌转速对泡菜废水絮凝处理效果的影响，为泡菜废水的后期生化处理及水资源回用、盐分回收减小了负担。
废水：实验用泡菜废水取自新繁食品有限公司，为青菜盐渍后的头次清洗废水，呈淡黄色，废水的主要指标见表 1。
混凝剂PAC：分析纯，使用时配成1%的溶液。
助凝剂PAM：阴离子型，使用时配成1‰的溶液。
WXJ-Ⅲ型微波消解装置(青岛弘海环保设备有限公司)；B11-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司)；DZKW型电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)；WGZ-Ⅰ型数字式浊度仪(上海珊科仪器厂)。
选择聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)、碱式氯化铝、壳聚糖作为备选絮凝剂，在同种实验条件下处理泡菜废水，通过测定处理先后的COD值选出最佳絮凝剂。选择6种不同PAM作为备选助凝剂，在同种实验条件下处理泡菜废水，过测定处理先后的COD值选出最佳助凝剂。再通过单因素试验确定PAC与PAM的最佳投加量、投加方式、搅拌速度、最适温度、pH值。具体操作方法为：取200 mL泡菜废水水样置于250 mL烧杯中，调节各影响因子后在磁力搅拌器上搅拌，快搅2 min，慢搅2 min，静置30 min后于液面2 cm处取上清液测其COD与浊度值。
COD测定：采用微波消解测COD法。
氯离子测定：采用硝酸银滴定法。
浊度测定：采用浊度仪法。
选择聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)、碱式氯化铝、壳聚糖作为备选絮凝剂，在pH=6、温度30℃下各絮凝剂最佳投加量与COD去除效率结果如表 2所示。
从表 2可见，这6种絮凝剂对泡菜废水都有一定的处理效果，并且PAC的处理效果最好，对COD与浊度的去除率分别达到了33.4%、57.1%。因此，确定PAC为处理泡菜废水的絮凝剂。
PAC絮凝形成的矾花松散而细小，极易因扰动再次分散，且对浊度的去除效果有待提升[8-10]。实验考察了不同分子量PAM、阳离子PAM、阴离子PAM对PAC絮凝效果的辅助作用，对比结果见图 1。
当水中的NaCl含量在500×10-6以上时，絮体的形成受到阻碍而变成微细絮体，生成的矾花较细小松散[11-14]。泡菜废水中含有大量的氯离子，因此，PAC絮凝作用下形成的絮体因微细的形态容易再次脱稳。聚丙烯酰胺具有强大的网捕、架桥功能，通过网捕和架桥的作用将PAC作用下形成的微小絮体聚集到一起，从而加大了絮体的矾花粒度、密度和结实性。而不同种类的PAM会因为分子量与内部分子链接方式的不同其网捕架桥的作用也出现差异。在pH6、30 ℃条件下，阴离子PAM较其他助凝剂具有更显著的絮凝效果。因此，选择阴离子PAM作为助凝剂。
固定温度30 ℃、pH为6，PAC投加量为150 mg/L，阴离子PAM投加量为25 mg/L，考察以下3种投加方式对絮凝效果的影响。1#、先加PAC再加PAM。2#、先加PAM再加PAC。3#、将PAM与PAC混合后再投加。对比结果见图 2。
由图 2可以看出，方式1#的效果都优于其他两种。因此，絮凝剂的投加方式确定为：先加PAC再加PAM。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，调节pH为6，在30 ℃条件下投加25 mg/L阴离子PAM，改变PAC用量，絮凝效果见图 3。
实验结果表明，在一定范围内随着PAC用量的增加，COD去除率随之增大，当用量为150 mg/L时，去除率达到最大，再增加用量，絮凝效果呈急剧下降的趋势。当絮凝剂不足时，由于废水中胶体与悬浮物过量未达到完全絮凝，因此，在一定范围内絮凝效果随絮凝剂的增加而增强；当絮凝剂过量时，水中胶粒被过量絮凝剂包围，失去与其他胶粒结合的机会，导致形成的矾花越细小不易沉降。因此，确定PAC用量为150 mg/L。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，调节pH为6，在30 ℃条件下投加150 mg/LPAC，改变阴离子PAM用量，絮凝效果见图 4。
实验结果表明，随着PAM用量的增加，COD去除率逐渐降低。PAM作为有机高分子聚合物，强化了对水中在PAC作用下形成的微细颗粒的吸附架桥作用，PAM对水中胶粒进行席卷、包裹，因而对COD和浊度去除率都因PAM的加入有所提高，且沉淀致密稳定，但过量的PAM导致胶粒表面因负荷过多的PAM分子而使胶粒之间斥力增大，从而出现复稳现象[15]。因此，确定PAM投加量为25 mg/L。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，在30 ℃条件下投加150 mg/L的PAC、25 mg/L阴离子PAM，调节不同的pH，絮凝效果见图 5。
实验结果表明，随着pH的增加，COD去除率也相应增大，当pH为6时，去除效果达到最佳，当pH继续增大时，去除效果都呈现出不同程度的下降。pH值对絮凝作用的影响非常大，对胶体颗粒表面的电荷(Zeta点位)、絮凝剂的性质和作用以及絮凝作用本身都有很大的影响[16-19]。在pH6条件下，胶体颗粒表面的Zeta点位更有利于与絮凝剂的结合，从而发挥了絮凝剂的最大作用。因此，确定pH=6。研究表明泡菜废水的pH范围在5.5~6.5，因此，絮凝前无需调节pH，在保证良好的絮凝效果的同时节省了絮凝剂，降低了成本。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，在pH为6条件下投加150 mg/L的PAC、25 mg/L阴离子PAM，调节不同的温度，絮凝效果见图 6。
实验结果表明，在一定范围随着温度的增加，胶粒与絮凝剂结合反应的速度加快，从而絮体成长速度加快，COD去除率增大；当温度控制在30 ℃时，絮凝效果达到最佳，COD去除率达到32.4%，当温度继续升高，絮体水和作用也随之增大，去除率开始下降。水体的温度是絮凝反应、絮体成长、沉降分离等过程的重要控制因素[20]。水温过低，水的黏度增大，水的剪切力对形成的絮体形成强大的撕裂作用使絮体细小而不易分离；水温过高，絮体水和作用增大。总之，水温过高过低对絮凝作用均不利。因此，确定温度为30 ℃。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，在pH为6、温度30 ℃条件下投加150 mg/L的PAC、25 mg/L阴离子PAM，固定慢搅速度为90 r/min搅拌2 min，改变快搅速度搅拌2 min，絮凝效果见图 7。
实验结果表明，随着快搅转速的增加，絮凝剂在水体中扩散和水力混合作用增强，从而不断增加絮凝剂与颗粒充分接触的机会，因此COD和浊度去除率都相应的提高了；当快搅转速设置为250 r/min时，絮凝效果达到最佳，COD和浊度分别去除了37.7%、96.7%；当转速继续增加时，浊度去除效果保持平稳，但过度的机械搅拌使得已形成的絮体在强大的水体作用下被打散，因而COD去除率开始呈下降趋势。因此，合适的机械搅拌可以增加絮凝剂与颗粒的接触机会使絮凝效果达到最佳[20-22]。因此，确定快搅转速为250 r/min，搅拌2 min。
取200 mL水样置于250 mL烧杯中，在pH为6、温度30 ℃条件下投加150 mg/LPAC，25 mg/L阴离子PAM，固定快搅速度为250 r/min搅拌2 min，改变慢搅速度搅拌2 min，絮凝效果见图 8。
实验结果表明，随着慢搅转速的增加，对吸附和架桥的促进作用增强，COD和浊度去除率都有不同幅度的提升，当慢搅速度为90 r/min时絮凝效果达到最好，COD和浊度分别去除了32.6%、98%；当转速继续增加时，过度的机械搅拌使得已形成的絮体在强大的水体作用下被打散，因而浊度去除效果开始下降，COD去除率也呈下降趋势。慢速搅拌是属于第二阶段的机械搅拌，目的是促进吸附和架桥作用，促使絮体生长[20-22]。转速过低，不能达到迅速均匀的效果，转速过高，会导致已经形成的絮体结构再次分散。因此，确定慢搅速度为90 r/min，慢搅2 min。
1) 对于所研究的泡菜废水，在聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)、碱式氯化铝、壳聚糖这5种絮凝剂单独作用的条件下，以COD去除率作为衡量指标时，聚合氯化铝(PAC)的絮凝效果最好，对COD与浊度的去除率分别达到了33.4%、57.1%。当采用阴离子PAM作为助凝剂时，COD与浊度的去除率分别提升至37.7%、96.7%。并且，PAC单独作用下生成矾花细小松散不易沉降，引入PAM后矾花较大密实沉于杯底，这说明PAC与PAM联合处理泡菜废水是有效的，并且对后续处理有很大的帮助。
2) 对于所研究的泡菜废水，先投加150 mg/L的PAC，再投加25 mg/L的PAM，在pH=6、温度30 ℃条件下快搅(250 r/min)2 min，再慢搅(90 r/min)2 min絮凝效果达到最佳，COD和浊度去除率分别达到了37.7%、96.7%。
3) 由于废水中含有大量的氯离子，絮凝对COD有一定去除效果且对浊度的去除效果比较显著，这为泡菜废水的后期处理过程提供了很好的基础。
2017, Vol. 39 Issue (4): 95-101
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